17.03.10 Stabiler, organischer Transistor entwickelt
Transistoren aus organischen Bausteinen
Mit einem neu entwickelten Molekül lassen sich leistungsstarke, organische Dünnfilm-Transistoren für die Mikroelektronik herstellen
Abb. 1: Perchlorierung von Perylendiimid führt zu einem
außergewöhnlich elektronenarmen, organischen Halbleitermolekül
Quelle: Marcel Gsänger
Weltweit wird an Transistoren aus organischen Materialien geforscht, die sich als hauchdünne Schichten in elektronische Bauteile einbringen lassen. Transistoren sind Bestandteile elektronischer Schaltungen, die in der Nachrichtentechnik oder in Computern eingesetzt werden. Organische Dünnfilm-Transistoren sind heute zwar bei weitem nicht so leistungsfähig wie Silizium-Transistoren. Dafür bieten sie die Möglichkeit, kostengünstig auf flexiblen Unterlagen und großen Flächen angewandt zu werden. So lassen sich biegsame Bauteile und damit neue Anwendungen realisieren - zum Beispiel flexible Displays.
Gemeinsam mit Forschern der BASF hat der Würzburger Chemie-Professor Frank Würthner ein neues viel versprechendes organisches Molekül entwickelt: Octachlorperylendiimid. Bei Tests an der Universität Stanford (USA) erwies sich das neue Molekül als besonders leistungsfähig und luftstabil. Damit eignet es sich gut für die Vakuum prozessierte Herstellung elektronischer Schaltungen.
Abb. 2: Das Material kristallisiert in einer idealen
Backsteinanordnung mit engen π-π und Chlor-Chlor-Kontakten aus. Aus der Gasphase abgeschiedene, dünne
Filme aus dieser Verbindung sind ausgezeichnete Transistoren - sogar an Luft
Quelle: Marcel Gsänger
Luftstabil durch Elektronenarmut
Gut funktionierende organische Transistoren für den Transport von p-Ladungsträgern gibt es schon viele. Eine Herausforderung stellt aber der Transport von n-Ladungsträgern dar. "Ein geeigneter Ersatz von acht Wasserstoffatomen war hier die entscheidende Maßnahme. Hierdurch werden die Moleküle elektronenärmer und somit viel stabiler an der Luft", erklärt Dr. Martin Könemann von der BASF.
Auffällig: Das neue Transistormaterial funktioniert nach 20 Monaten an der Luft immer noch gut. Das ist bemerkenswert, weil organische Transistoren oft durch Sauerstoff angegriffen und beschädigt werden.
Backsteinartiger Verbund bringt Vorteile
Die verbesserten Eigenschaften sind auch bedingt durch die Anordnung der Moleküle im Festkörper: Wird das Material auf einen Trägerstoff aufgedampft, lagert es sich dort in Schichten ab. Darin ordnen sich die einzelnen Moleküle automatisch zu einem backsteinartigen Verbund an.
In diesem Verbund überlappen sich die Moleküle aufgrund unterschiedlicher Wechselwirkungen weitgehend. Dies führt laut Professor Würthner zur erhöhten Beweglichkeit für Elektronen und zur verstärkten Widerstandsfähigkeit gegen Sauerstoff-Attacken.
Quelle:
A Crystal-Engineered Hydrogen-Bonded Octachloroperylene Diimide with a Twisted Core: An n-Channel Organic Semiconductor
M. Gsänger, et. al., Angew. Chem. 2010, DOI:
10.1002/ange.200904215
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Stabiler, organischer Transistor entwickelt
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